Введение к работе
Актуальность работы. Биокаталнз и биотрансформация составляют одну из перспективных и ключевых направлений современной биотехнологии Биокаталитические процессы обладают рядом преимуществ перед традиционным органическим синтезом и широко внедряются в различные области промышленности для направленного синтеза различных высокоценных соединений При этом обеспечивается избирательность и стереоспещіфіїчность катализируемых реакций (Березин и др 1976, Скрябин, Головлева, 1976, Atkinson, 1995, Sheldrake et al, 1998, Abelyan, 2005, Hou 2005, Biocat-2004,2006)
Преимущества ферментов как промышленных катализаторов основаны на их способности проведения стерео- и региоселективных превращений без применения химических защитных групп, а также возможности осуществтения труднореализируемых процессов с высоким выходом конечного продукта Кроме того, применение биокатализаторов позволяет сократить стадии традиционного химического синтеза, обычно требующего несколько ступеней протекции и депротекции функциональных групп и таким образом существенно снизить экономические издержки В некоторых случаях микробный катализ и трансформация являются единственно возможным подходом создания практически безотходных технологий и экологически чистых производств (Iizuka, Naito, 1981, Anastas, Wilhamson, 1998, Demain et al, 1999, Anastas, Kirchhoff, 2002)
Однако в настоящее время существует определенная нехватка действительно эффективных биокатализаторов, пригодных для использования в промышленном масштабе, что вызывает настоятельную необходимость проведения новых исследований в данном направлении Часто только это является препятствием для получения новых продуктов с новыми более уникальными свойствами
В биокаталитических процессах особое место занимают ферменты с ярко выраженной трансгликозилирующеи активностью, достаточно широко применяющиеся для получения различных высокоценных продуктов Так, циклодекстрингликозилтрансфераза (ЦГТаза), /?-фруктофуранозидаза, а-глюкозилтрансфераза (изомальтулозеинтаза), /?-галактозидаза, мальтаза и другие используются для ферментативного синтеза циклодекстринов и их производных, фруктоолигосахаридов, лактосахарозы, эрлозы, галактоолигосахаридов, изомеров сахарозы и прочих С др)гой стороны, при подборе соответствующих исходных материалов и определенных условий реакции их можно использовать для получения совершенно новых соединений или улучшения некоторых характеристик известных соединений (Best et al, 1994, Demain et al, 1999, Stanbury et al, 1999)
Таким образом, в настоящее время применение различных биокатализаторов, в частности с трансгликозилирующеи активностью, является актуальным направлением работ для получения новых продуктов и модификации различных физиологически активных соединений с целью улучшения их функциональных свойств
Цели и задачи работы. Основной целью являлись выделение и использование ферментов микробного происхождения с трансгликозилирующеи активностью для направленной трансформации и модификации витаминов, углеводов, дитерпеновых гликозидов и бензо[п]хиназолинов с целью улучшения их характеристик и выработки новых продуктов
Для осуществления указанной цели поставлены следующие задачи
I.
' J
выделить и охарактеризовать культуры-микробов, в том числе их экстремофильные формы - активных продуцентов ЦГТазы /?-фруктофуранозидазы и а-ппокозилтрансферазы,
изучить морфо-физиологические и биохимические свойства перспективных продуцентов,
изучить и оптимизировать условия биосинтеза перспективных микробных ферментов,
выделить, очистить наиболее перспективные ферменты и изучить их некоторые физико-химические и биохимические свойства,
разработать эффективные методы трансглюкозилироваиия L-аскорбиновой кислоты, бешоЩхиназолинов и дитерпеновых гликозидов,
изучить и оптимизировать процесс получения изомальтулозы с применением свободной и иммобилизованной а-глюкозилтрансферазы,
изучить и осуществить процесс получения фруктоолигосахаридов совместно с палатинозой с применением нативных и иммобилизованных а-глюкозилтрансферазы и /?-фруктофуранозидазы
Научная новизна работы. Из различных типов почв с применением оригинальной методики и направленной селекции выделены микробные штаммы активных продуцентов ЦГТазы, /J-фруктофуранозидазы и а-глюкозилтрансферазы Разработаны методы их очистки и иммобилизации
Показано, что ЦГТазы экстремофильных форм микроорганизмов могут быть эффективными биокатализаторами в реакции трансглюкознлирования L-аскорбиновой кислоты и дитерпеновых гликозидов
Впервые осуществлено трансглюкозилирование L-аскорбиновой кислоты с применением дрожжевой мальтазы в качестве биокатализатора
Впервые с применением термофильной ЦГТазы осуществлено трансглюкозилирование бензо[1і]хиназолинов
Выявлена возможность получения изомальтулозы в проточных условиях
С применением двух типов ферментов изучен и осуществлен эффективный процесс получения фруктоолпгосахаридного сиропа совместно с палатинозой
Впервые показана возможность совместного получения трансглюкозилпрованных гликозидов стевиола и фруктозо-концевых олигосахаридов
Осуществлен процесс получения высокочистых производных гликозидов Стевии с улучшенными вкусовыми характеристиками
Практическая ценность С использованием термофильной ЦГТазы разработан эффективный метод трансглюкознлирования L-аскорбиновой кислоты с получением моноглюкозилированного производного
Предложен экономичный способ получения трансглюкозилированных гликозидов стевиола с содержанием функциональных фруктозо-концевых олигосахаридов
Предложен высокоэффективный метод получения высокочистых производных гликозидов Стевии
Предложен эффективный способ непрерывного получения изомальтулозы и фруктоолигосахаридного сиропа совместно с палатинозой с применением иммобилизованных ферментов
Методы получения трансглюкозилированных производных Стевии, изомальтулозы, трегалулозы и трансглюкозилированой L-аскорбиновой кислоты внедрены в производство в компании uPureCircle Sdn Bhd » (Малайзия)
Основные поіожеїшя, выносимые на защиту -из различных типов почв можно выделить культуры микроорганизмов, в том числе их
экстремофильные формы - активных продуцентов ЦГТаз, а-глюкозилтрансфераз, /5-
фруктофуранозидаз, они являются представителями различных групп микроорганизмов
- неспороносных и спороносных бактерий и грибов, -для трансглюкозилирования различных соединений применимы ЦГТазы из
определенных продуцентов, которые максимально эффективно могут осуществлять
реакцию межмолекулярного трансгликозилирования, -при трансглюкоіилированни бензо[1і]хиназолинов у-циклодекстрин может служить как
эффективным донором, так и комплексообразователем - повышающим
водорастворимость и доступность вещества для ферментативной модификации, -выделенные ферменты при выборе эффективного способа иммобилизации могут быть
успешно испотьзованы для синтеза различных трансгликозилированных соединений
Личный вклад соискателя, выполнение экспериментальных работ и решение основных задач исследований, анализ и обобщение литературы по разрабатываемым вопросам, обобщение полученных результатов и оформление диссертации Постановка основных задач и разработка методологий прорабатывались под руководством д б н В А Абеляна
Публикации Основные результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 4-х научных работах
Место выполнения работы. Работа выполнена на базе Центральной научно-исследовательской лаборатории компании «PureCircle Sdn Bhd» (бывшая «Slevian Biotechnology Corp Sdn Bhd», Малайзия) (2003-2006 гг) Вкусовые характеристики полученных подсластителей определялись на факультете науки и технологии университета «Univeisiti Kebangsaan Malaysia» (Малайзия)
Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной часта из 8 глав, заключения, выводов, практических предложений и списка использованной литературы, включающего 275 ссылок, и приложений Общий объем диссертации 144 страницы, включая 44 таблицы и 66 рисунков
Похожие диссертации на Получение биологически активных продуктов с применением микробных трансгликозидаз
